一种真空开关管真空度测量及校准方法

1、一种真空开关管真空度测量及校准方法史海如，吴安恕，郑宗仁，宁进学（国营4404厂，湖北 孝感 432104）A Method of Vacuum Measurement and Calibration of Vacuum InterrupterShi Hai-ru, Wu An-shu, Zheng Zong-ren, Ning Jin-xue(The State Run 4404 Factory, Hubei, Xiaogan, 432104, China)Abstract: In this paper, a method of vacuum measurement and calibrat

2、ion of vacuum interrupter will be introduced. It will make an active role to normalize the vacuum measurement and calibration of vacuum interrupter in this industry.Key words: Vacuum interrupter; Vacuum measurement and calibration摘 要：本文详细介绍了一种真空开关管真空度测量及校准方法。这种方法对规范真空开关管行业真空度测量及校准将起积极的作用。关键词：真空开关管 真

3、空度测量及校准真空开关管是一种新型真空器件，其广泛用于电力行业作电力开断、保护之用。根据行业要求，这种器件贮存寿命为20年。在贮存期内，其管内真空度不低于1.33×Pa（即管内压强1.33×Pa）。根据不同的管型计算其允许漏气率在1×1×帕·升/秒。这一数值非常之小。因而如何提高检漏灵敏度，并比较准确地测量真空度是各真空开关管制造厂家、用户及整个行业较为关注的问题。本文介绍了一种真空度测量及校准方法。经过多年的实践证明，这种方法符合国家计量量值传递规定，且误差较小。1 原理与方法测量真空开关管真空度有两种接法。第一种接法是，将被测真空开关管两触

4、头拉开规定距离，其动 图1 图2 端和静端分别连接到冷阴极电离真空计高压电源上。第二种接法是真空开关管两触头闭合，将真空开关管的动端（或静端）和屏蔽罩外露部分分别连接到冷阴极电离真空计高压电源上。将被测管置入冷阴极电离真空计产生磁场的励磁线圈中，分别如图1、图2所示。在一定条件下，真空开关管中受宇宙射线或其它因素产生的少量初始电子在电场和磁场的共同作用下，增加了其在电极空间的运动行程。在运动中，其与气体分子发生碰撞，而使气体分子电离，并形成自持放电。在一定条件下，其放电电流大小与真空开关管内的气体密度有关。气体密度大，管内压强高，真空度低，放电电流大；反之，气体密度小，管内压强低，真空度高，放

5、电电流小。在上述条件下，施加适当的高压和磁场，测量真空开关管内的气体放电电流。根据放电电流大小确定管内真空度值。2 冷阴极电离真空计的校准上述两种连接方法中采用的冷阴极电离真空计都有一定的要求并且必须进行校准。这两种接法中冷阴极电离真空计所加高压约为10000伏左右，如真空开关管绝缘外壳的绝缘电阻以1000M计算，其漏电流约为10A左右。这一电流与仪器测定管子真空度时产生的自持放电电流相比，不可忽略。因而这两种接法中冷阴极电离真空计都必须有抵消漏电流的措施，保证其漏电流与测定真空度时产生的自持放电电流相比，可以忽略不计。第二，这种方法中测得的是放电电流，；因而仪器必须有显示放电电流和真空度指示

6、的功能。第三，由于这种方法是将真空开关管作为电离规管，而结构不同的真空开关管，在相同的电场及磁场条件下，其放电电流是不同的。因此，冷阴极电离真空计应具备储备多种曲线的功能，以方便使用。目前国内西安高压电器研究所研制的冷阴极电离真空计具备上述功能，其能固化100条左右曲线。本文推荐的校准方法是在二等高真空比对校准装置上进行的。其原理如图31。该装置所用标准规和真空计以及整个校准装置按国家计量标准定期校准，校准装置的不确定度小于±10%。因而标准规、 标准真空计、真空校准室要求及氮气纯度等均应符合相关计量标准要求。其简要检定程序如下：1 按上述方法将待校准真空开关管及待校冷阴极电离真空计

7、接于二等高真空比对校准装置上。按图1连接时，真空开关管触头应拉开规定距离。2 将待校真空开关管置于待校冷阴极电离真空计所带的励磁线圈中，并使管子的轴线与线圈轴线尽可能重合。3 按二等高真空比对校准装置操作规程启动系统，并使其正常。4 为了保证校准的精度，首次测量某一结构的真空开关管时，每量程标准压强取九点，即1×Pa、2×Pa、9×Pa（a为-5、-4、-2）。5 常规校准时，每量程内标准压强取值为6×Pa、9×Pa、3×Pa、6×Pa、9×Pa、3×Pa、6×Pa、9×Pa、3

8、15;Pa。6 在每个校准点，调整抽气阀2及充气阀7，使标准真空计的指示值稳定在校准点。待系统压强稳定后（一般稳定时间不小于5分钟）2，测量待校冷阴极电离真空计的放电电流值。7 按6所述方法从高真空至低真空顺序连续测出待校冷阴极电离真空计在每一个校准点的放电电流值，完成各校准点第一次测量。8 每个校准点测量不少于三次，每次测量时间间隔不小于20小时。取每个校准点的测量平均值作为冷阴极电离真空计在该校准点的放电电流测量值。9 用冷阴极电离真空计在每个校准点上的测量值与标准真空计测量值比对，绘出待校真空开关管、待校冷阴极电离真空计放电电流真空度标准曲线，并将该曲线固化在待校冷阴极电离真空计内。10

9、所用冷阴极电离真空计及待校真空开关管常规校准按第7条进行，其校准点按第5条规定选取。 正常情况下，完成各校准点一次测量需34小时，从低真空恢复到高真空需15小时。完成各校准点三次测量约需3天时间。常规校准当天可以完成。3 二等高真空比对校准装置的基本要求1a) 校准室的本底压力不大于被校真空计待校压力下限值的2%。如果常规校准起始点真空度（即待校压力下限值）为6×Pa，则校准室的本底压强应小于1.2×Pa。b) 校准室的压力在校准范围内应连续可调。在1min内压力稳定度不大于1%。c) 校准室上连接被校真空开关管的过渡管道的流导值，不应小于被校规管本身支管流导值的10倍。例

10、如，被校真空开关管的排管内径为0.8cm，长10cm，则其流导为0.619升/秒。那么连接到校准室过渡管道的流导应大于6.19升/秒。如果用同样长的管道连接，其管道内径大于1.73cm即可。总之，校准装置的相关要求应符合中华人民共和国国家计量校准规范JJF1062-1999，5.2.1.3的规定。4 误差分析a) 根据国家计量标准的规定，二等高真空比对校准装置的不确定度应小于±10%。这些不确定度包含：标准规传递误差；标准规规管的稳定性误差；标准规电控单元的误差；本底压强引起的误差；压强分布不均匀性引起的误差；压强不稳定性引起的误差。b) 冷阴极电离真空计的不确定度要求符合国家计量器

11、具检定系统框图的规定，即满足 +100 -60%的要求。对于各部分的影响只作定性分析。励磁线圈磁场不稳定引入的不确定度；高压电源高压不稳定引入的不确定度；冷阴极电离计电控单元引入的不确定度；真空开关管漏电流引入的不确定度。如果真空开关管绝缘电阻为1000M，施加的高压为12000V，其漏电流为12A。这一电流值与真空度在Pa档气体电离产生的电流可以比拟。因而作为冷阴极电离真空计必须有抵消漏电流的措施。真空开关管放电不稳定性引入的不确定度；真空开关管场致发射引入的不确定度。由于采用二等高真空比对校准装置，因而校准系统的不确定度小于±10%。因而误差的大小主要取决于冷阴极电离真空计的一致性，稳定性即